Perhitungan Gulung Trafo inti Ferite untuk Converter SMPS Half-Bridge

Perhitungan Gulung Trafo inti Ferite untuk Converter SMPS Half-Bridge

Pada forum yang berbeda, saya sering menemukan orang-orang yang meminta bantuan dalam menghitung kumparan yang diperlukan untuk sebuah transformator ferit mereka akan menggunakan dalam secara offline SMPS konverter setengah-jembatan (half-bridge). Topologi setengah jembatan sangat populer untuk konverter offline dalam rentang daya 100Watt sampai 500Watt, kadang-kadang sanggup sampai mencapai  1000Watt.

Dalam sebuah SMPS secara offline Converter setengah jembatan, tegangan garis diperbaiki dan disaring dan kemudian dikonversi ke frekuensi tinggi dengan 2 MOSFET - satu di konfigurasi-sisi yang tinggi dan yang lainnya di konfigurasi sisi rendah. Tegangan tinggi frekuensi tinggi ini AC diumpankan ke trafo ferit untuk turun tegangan ke frekuensi tinggi tegangan rendah AC yang kemudian diperbaiki ke DC dan disaring untuk memberikan output DC bersih.

Hal penting untuk diingat adalah bahwa dalam konverter setengah-jembatan, 2 MOSFET bekerja bersama dengan 2 kapasitor untuk menciptakan tegangan tinggi frekuensi tinggi AC. Konfigurasi kapasitor, MOSFET dan transformator menyebabkan trafo yang harus diberikan setengah tegangan dari DC diperbaiki. Ini berarti bahwa, dibandingkan dengan konverter penuh jembatan, setengah putaran diperlukan untuk primer, tetapi output daya akan nama. Jadi rapat daya / energi dibelah dua.

Sekarang mari kita beralih ke perhitungan. Perhitungan kumparan diperlukan sebenarnya cukup sederhana dan saya akan menjelaskan ini di sini.

Untuk penjelasan, saya akan menggunakan contoh dan dimulai melalui proses perhitungan.
Katakanlah transformator ferit akan digunakan dalam converter 250Wstt yang akan digunakan untuk mengisi baterai asamtimbal tegangan DC12V. Topologi yang dipilih jelas setengah jembatan. Sumber daya untuk konverter adalah AC listrik. Di sini saya akan mengambil yang standar menjadi 220V RMS, puncak 311v, 50Hz. Jadi, Anda harus ingat bahwa induk AC pertama harus diperbaiki ke DC. Tegangan output dari tahap converter DC-DC akan 14Volt. Perpindahan frekuensi adalah 50kHz. Trafo Inti yang dipilih adalah ETD44.

Ingat bahwa output tersebut dari transformator adalah frekuensi tinggi (gelombang 50kHz persegi dalam kasus ini) AC. Ketika saya lihat output tegangan rendah DC (misalnya 14VDC yang disebutkan di atas), ini adalah output DC yang diperoleh setelah pemerataan atau disearahkan, sebaiknya menggunakan Schottky dioda, atau recovery diode ultrafast dikonfigurasi sebagai penyearah gelombang penuh) dan filtrasi (menggunakan filter LC). Karena saya berencana untuk menggunakan perbaikan gelombang penuh (dengan 2 dioda) pada output, sekunder dari ferit transformer akan difilter pakai induktor.

Kita harus mengambil rating tegangan input maksimum dan minimum untuk converter. Sebagai contoh kita, ini akan menjadi tegangan rendah 150V dan tegangan tinggi 250V. Selama operasi, tegangan output akan tetap tetap sebagai konverter diharapkan memiliki sirkuit umpan balik.

Vinmin= 150VAC = (150* √2)VDC = 212VDC

Vinmax= 250VAC = (250* √2)VDC = 354VDC

Vinnom= 220VAC = (220* √2)VDC = 311VDC

Rumus untuk menghitung jumlah primer yang dibutuhkan gulungan untuk maju-mode converteris:

Untuk transformator setengah-jembatan kita, ini akan menjadi dua kali jumlah yang diperlukan berubah, yaitu, jumlah sebenarnya kumparan primer akan setengah yang dihitung dari rumus di atas jika kita menggunakan tegangan penuh, atau apa dihitung jika setengah tegangan digunakan. Hal ini karena tegangan transformator adalah setengah tegangan line, seperti yang disebutkan sebelumnya.

sehingga, rumus yang sebenarnya akan menjadi:

Npri berarti jumlah kumparan primer;
Nsec berarti jumlah kumparan sekunder;
Jumlah Naux berarti jumlah belitan bantu dan sebagainya. Tapi hanya N (tanpa subscript) mengacu pada rasio ternyata.


Untuk menghitung jumlah yang diperlukan pada kumparan primer menggunakan rumus, parameter atau variabel yang perlu dipertimbangkan adalah:

* .Vin (Nom) - Nominal Input Voltage. Kami akan mengambil nilai 311v. Jadi, Vin (nom) = 311.

* .f - Frekuensi switching operasi di Hertz. Sejak frekuensi switching kami adalah 50kHz, f = 50000.

* . Bmax- Maksimum fluks kepadatan di Gauss. Jika Anda terbiasa menggunakan Tesla atau milliTesla (T atau mT) untuk kerapatan fluks, hanya ingat bahwa 1T = 104Gauss.
Bmax tergantung pada desain dan inti transformator yang digunakan. Dalam desain saya, saya biasanya mengambil Bmax yang berada di kisaran 1300G sampai 2000G. Ini akan diterima untuk sebagian inti transformator. Dalam contoh ini, mari kita mulai dengan 1500G. Jadi Bmax = 1500. Ingat bahwa terlalu tinggi Bmax akan menyebabkan transformator jenuh menjadi panas. Terlalu rendah Bmax akan menyebabkan kerugian memanfaatkan inti.

* . Ac- Efektif Cross-Sectional Area in cm2. Anda akan mendapatkan informasi ini dari lembar data dari core ferit. Ac juga kadang-kadang disebut juga sebagai Ae. Untuk ETD44, luas penampang efektif diberikan dalam lembar datasheet / spesifikasi (saya maksudkan TDK E141 Anda dapat men-download dari sini:  Www.tdk.co.jp/tefe02/e141.pdf) .suatu lintas yang efektif daerah -sectional (dalam lembar spesifikasi, itu disebut sebagai Ae, tapi seperti yang saya katakan, itu adalah hal yang sama seperti Ac) diberikan sebesar 175mm2. Yaitu mnjadi sebesar 1.75cm2. Jadi, Ac = 1,75 untuk ETD44.

Jadi sekarang, kami telah memperoleh nilai dari semua parameter yang diperlukan untuk perhitungan Npri- jumlah yang diperlukan kumparan primer.

Vin(nom) = 311                                        f = 50000                         Bmax = 1500                          Ac = 1.75

Memasukkan nilai-nilai ini ke dalam rumus:


Rumus :

N Pri = 29.6


Kami tidak akan menggunakan gulungan pecahan, jadi kami akan membulatkan Npri pada nomor terdekat, dalam hal ini, dibulatkan menjadi 30 putaran. Sekarang, sebelum kita menyelesaikan ini dan pilih Npri = 30, lebih baik kita pastikan bahwa Bmax masih dalam batas-batas yang dapat diterima (akan karena ini adalah suatu perubahan persentase kecil, tapi aku akan menunjukkan ini, sehingga Anda tahu apa yang harus dilakukan , untuk berjaga-jaga). Seperti yang telah kita lakukan, meningkatkan jumlah kumparan dari sosok dihitung (hingga 30 dari 29,6), Bmax akan menurun sangat sedikit. Kita sekarang akan mencari tahu berapa banyak Bmax akan mengalami penurunan.

Rumus :

Bmax = 1481

Nilai baru dari Bmax baik dalam batas-batas yang dapat diterima dan sehingga kita dapat melanjutkan dengan Npri = 30.

Jadi, kita sekarang tahu bahwa untuk primer, transformator kami akan membutuhkan 30 kumparan.

Dalam desain apapun, jika Anda perlu untuk menyesuaikan nilai, Anda dapat dengan mudah melakukannya. Tapi selalu ingat untuk memeriksa bahwa Bmax bisa diterima atau tidak.

* . Aku Mulai dengan satu set Bmax dan mulai untuk menghitung Npri. Anda juga dapat menetapkan nilai Npri dan kemudian memeriksa apakah Bmax oke. Jika tidak, maka Anda dapat menambah atau mengurangi Npri yang diperlukan dan kemudian memeriksa apakah Bmax baik saja, dan ulangi proses ini sampai Anda mendapatkan hasil yang memuaskan. Sebagai contoh, Anda mungkin telah menetapkan Npri = 20 dan dihitung Bmax dan memutuskan bahwa ini adalah terlalu tinggi. Jadi, Anda menetapkan Npri = 30 dan dihitung Bmax dan memutuskan itu baik-baik saja. Atau Anda mungkin sudah mulai dengan Npri = 40 dan dihitung Bmax dan memutuskan bahwa itu terlalu rendah. Jadi, Anda menetapkan Npri = 30 dan dihitung Bmax dan memutuskan itu baik-baik saja.

Sekarang saatnya untuk beralih ke sekunder. Output dari kami konverter DC-DC adalah 14V. Perlu diingat bahwa akan ada penurunan tegangan karena rectifier output. Jadi, output transformator harus [14 + (Jumlah Penurunan Tegangan Karena Dioda)] V pada tegangan semua masukan dari semua jalan naik dari 354VDC (254VAC) untuk semua jalan ke 212VDC (150VAC). Untuk menjaga tegangan drop karena dioda minimum, menggunakan dioda Schottky.

Tentu, umpan balik akan dilaksanakan untuk menjaga tegangan output tetap dengan garis dan beban variasi - perubahan karena perubahan tegangan listrik dan juga karena memuat perubahan. Jadi, beberapa ruang kepala harus dibiarkan untuk umpan balik untuk bekerja. Jadi, kami akan merancang transformator dengan sekunder dinilai di 16V. Headroom ini mengkompensasi tetes tegangan karena dioda keluaran penyearah. Umpan balik hanya akan menyesuaikan tegangan yang diperlukan dengan mengubah siklus tugas dari sinyal kontrol PWM. Selain itu, headroom juga mengkompensasi beberapa kerugian lainnya di converter dan dengan demikian mengkompensasi tegangan turun pada berbagai tahap - misalnya, dalam MOSFET, di trafo itu sendiri, di induktor output, dll

Ini berarti bahwa output harus mampu memasok 14V dengan tegangan input sama dengan 212VDC dan juga tegangan input sama dengan 354VDC. Untuk controller PWM, kami akan mengambil siklus maksimum menjadi 98%. Kesenjangan memungkinkan untuk mati-waktu.

Pada tegangan input minimum (ketika Vin = Vinmin), siklus akan maksimal. Sehingga siklus akan 98% ketika Vin = 212VDC = Vinmin. Pada siklus maksimum = 98%, rata-rata tegangan transformator = 0,98 *0,5 * 212V = 103.88V.

Jadi, rasio tegangan (primer: sekunder) = 103.88V: 16V = 6,493 

Sejak rasio tegangan (primer: sekunder) = 6,493, rasio ternyata (primer: sekunder) juga harus 6,493 sebagai ternyata rasio (primer: sekunder)= rasio tegangan ( primer: sekunder). Ternyata rasio ditunjuk oleh N. Jadi, dalam kasus kami, N = 6,493 (saya telah mengambil N sebagai rasio garis utama tegangan: sekunder).

Npri= 30
Nsec= Npri/ N = 30 / 6.493 = 4.62

Membulatkan ke seluruh nomor terdekat. 
Nsec = 5. 

Sekarang, perhatikan bagaimana ini mengumpulkan bukan pembulatan signifikan up.


Jadi, mari kita coba untuk menjaga nsec = 5 dan menyesuaikan Npri lagi.

Npri = N * nsec.
Npri = 5 * 6,493 = 32,5= 33 (dibulatkan ke bilangan bulat terdekat)

Sekarang mari kita memeriksa apakah Bmax baik-baik saja dengan Npri = 33, yaitu, jika Bmax adalah dalam batas-batas yang dapat diterima.

Rumus :

Bmax= 1346

Bmax = 1346 tidak apa-apa.
Jadi, Npri = 33 dan nsec = 5. Jadi 5 + 5 putaran diperlukan untuk sekunder.

Dengan implementasi yang tepat dari umpan balik, output 12VDC konstan akan diperoleh sepanjang rentang tegangan masukan seluruh 150VAC untuk 250Vac.

Tentu saja, melihat di sini bahwa Bmax sangat kecil dan dapat ditingkatkan untuk mengurangi bergantian yang diperlukan.
Jadi, mari kita mengurangi nsec dari 5 sampai 4. nsec = 4.
Npri = N * nsec = 6,493* 4 = 25,97 = 26 (dibulatkan ke bilangan bulat terdekat)

Memeriksa Bmax lagi:

Rumus :

Bmax= 1709

Di sini, satu hal yang perlu diperhatikan adalah bahwa meskipun saya mengambil 98% sebagai siklus maksimum, siklus tugas maksimum di practicewill lebih kecil karena transformator kami dihitung untuk memberikan output 16V. Di sirkuit, output akan 16V (output transformator akan 14V+ Tegangan tetes dioda), sehingga siklus akan lebih rendah. Namun, keuntungan di sini adalah bahwa Anda dapat yakin bahwa output tidak akan turun di bawah 12V bahkan dengan beban berat sejak headroom yang cukup besar disediakan untuk umpan balik untuk menendang dan menjaga tegangan output bahkan pada beban tinggi dan tegangan rendah garis.

Jika ada gulungan tambahan yang diperlukan, ternyata yang dibutuhkan dapat dengan mudah dihitung. Mari saya tunjukkan dengan contoh. Katakanlah kita membutuhkan tambahan gulungan untuk memberikan 17.5V. Saya tahu bahwa output 14V akan diatur, apa pun tegangan input mungkin, dalam rentang awalnya ditentukan (Vinmin ke Vinmax - 150VAC untuk 250Vac). Jadi, ternyata rasio untuk tambahan gulungan dapat dihitung sehubungan dengan gulungan sekunder. Mari kita sebut ini ternyata rasio (tambahan: sekunder) NA.

NA = Naux / nsec = (Vaux + Vd) / (VSEC + Vdsec)

Vdsec adalah penurunan maju keluaran dioda (pada sekunder).

Vd adalah penurunan maju keluaran dioda di bantu.


Mari kita asumsikan bahwa dalam aplikasi kita, rectifier Schottky dengan Vd = 0.5V digunakan. Jadi,
NA = 18.0V / 14.5V = 1.24

Naux / nsec = NA

Naux = nsec * NA = 4* 1,24 = 4,96

Mari melengkapi Naux = 5. pembulatan sangat kecil (4,96 ke 5), tegangan output akan cukup dekat dengan tegangan thedesired, tapi aku hanya akan menunjukkan cara untuk menghitung apa tegangan output.

(Vaux+ Vd) / (Vsec+ Vdsec) = NA= Naux / Nsec = 5 / 4 = 1.25
(Vaux+ Vd) = (Vsec+ Vdsec) * NA= 14.5V * 1.25 = 18.13VVaux= 17.63V

Yang sangat bagus untuk pasokan tambahan. Jika dalam desain Anda, Anda pernah menemukan bahwa Vaux terlalu off tegangan yang diperlukan, regulator tegangan sederhana (menggunakan 78XX misalnya) harus digunakan untuk memberikan tegangan tambahan yang stabil.

Pilihan lain adalah untuk menghitung ulang Npri dan Nsec untuk mengakomodasi untuk tegangan tambahan dekat akurat tetapi Anda hanya dapat menggunakan regulator tegangan untuk menyederhanakan hal. Setelah semua, regulator tegangan akan menjaga tegangan output diatur stabil.

Jadi, Transformator tersebut memiliki 26 kumparan untuk primer, 4 Kumparan + 4 kumparan untuk sekunder dan 5 kumparan lagi untuk auxiliary. Untuk mulai menggulungnya di mulai dari lilitan primer sebanyak 13 lilit dulu terus dilanjut dengan lilitan sekunder 4 lilit ct 4 lilit dan 5 lilit auxiliary, baru ditutup lilitan primer 13 lilit lagi jadi,urutannya primer setengah Npri terus lilitan sekunder + auxiliary kemudian primer setengah Npri.

Gambar ini adalah skema transformator tersebut :

Berikut transformator bekerja di sirkuit (diagram blok) :

Menghitung jumlah kumparan yang diperlukan untuk transformator untuk offline SMPS converter setengah-jembatan halfbridge sebenarnya tugas sederhana dan saya berharap bahwa saya bisa membantu Anda untuk memahami cara melakukannya. Saya harap tutorial ini membantu Anda dalam merencana sebuah transformator inti ferit Anda untuk secara offline SMPS konverter setengah-jembatan.


Kategori :
cara gulung trafo
cara membuat trafo inti ferit
gulung ulang trafo ferite
trafo inverter
transformator converter